Обмін вуглеводів

Лекція № 10.

План

1. Біохімічні процеси при травленні та всмоктуванні вуглеводів.

2. Шляхи перетворення вуглеводів в тканинах організму.

3. Шляхи синтезу вуглеводів. Поняття про глюконеогенез. Глікогенні
хвороби.

4. Гормональна регуляція вуглеводного обміну.

5. Порушення вуглеводного обміну при цукровому діабеті.

6. Ензимопатіі вуглеводного обміну, ферменти вуглеводного обміну ензимо-діагностиці.

7. Методи дослідження вуглеводного обміну. Глюкозо-толерантний тест,
спосіб його проведення та біохімічна оцінка результатів.

1. Біохімічні процеси при травленні та всмоктуванні вуглеводів

Вуглеводи складають 2% маси тіла людини, в організмі виконують важливі функції життєзабезпечення: енергетичну, пластичну, захисну, регуляторну і специфічну.

Основна роль вуглеводів в організмі людини зводиться до забезпечення енергією (до 50-52%), крім того вони необхідні для нормального окислення жирів і білків. Рівень глюкози в крові є основним показником стану енергетичного обміну в організмі, обміну речовин. Цукровий діабет є основним порушенням обміну вуглеводів, дуже поширеним захворюванням.

У склад їжі людини входять різні представники вуглеводів від мономерів до полімерів. В кров поступають мономери. Розщеплення полімерів відбувається в шлунково-кишковому тракті під дією ферментів. Процес починається в рото­вій порожнині під дією амілази слини. Крохмаль гідролізується частково до декстринів. У шлунку ферменти, що розщеплюють крохмаль, відсутні, крім того у шлунку кисле середовище. Процес травлення вуглеводів не відбувається. Ос­новне перетравлення вуглеводів відбувається в тонкому кишечнику, куди секретується сок підшлунковоі залози і кишечника, багатий ферментами, що гідролізують крохмаль і інші вуглеводи. Слаболужне середовище (рН 7,8-8,2) забезпечує їх оптимальну активність. В процесі перетравлення крохмаль гідролізується до декстринів, потім до мальтози і до глюкози. Мальтозу розщеплює мальтаза, сахарозу - сахараза. Процес всмоктування досить складний. Слизовою оболонкою всмоктуються тільки гексози, причому у вигляді фосфорних ефірів. На всмоктування активно впливає натрій, калій навпаки пригнічує процес.

З вуглеводів не гідролізується клітковина. В товстому кишечнику вона розщеп­люється під дією ферментів целюлаз мікроорганізмів. Продукти розщеплення використовуються для життєдіяльності самих мікроорганізмів. Неперетравлена клітковина приймає участь у формуванні калових мас.

2. Шляхи перетворення вуглеводів в тканинах організму

Шляхи перетворення вуглеводів в тканинах оганізму. Можливі 4 шляхи розщеплення глюкози:

1. Гліколіз - анаеробний шлях в тканинах, бідних киснем.

2. Гліколітичний ланцюг і цикл трикарбонових кислот - аеробний, в тканинах, багатих киснем.

3. Пентофосфатний шлях - аеробний.

4. Глюкуронат - ксилюлозний - аеробний.

Переважають в організмі перші два шляхи.

Схема: Основні шляхи розпаду вуглеводів

Анаеробний розпад.

Характерний в основному для м'язової тканини. Проходить в III етапи відповідно схеми. Закінчується утворенням молочноі кислоти. Якщо розпаду піддається глікоген, то процес називається глікогеноліз. Слід відмітити, що при активній роботі м'язів накопичується багато молочної кислоти, що викликає втому м'язів. Щоб відновити роботу м'язів, треба звільнити їх від молочної кислоти. Молочна кислота поступає в кров, далі в печінку, де перетворюється в глюкозу шляхом глюконеогенезу.

Аеробний розпад.

Це основний шлях для утворення енергії в клітинах організму. Він може протікати непрямим (дихотомічним) або прямим (апотомічним) шляхами.

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ 6СО₂ + 6Н₂О + Q енергія

Процес окислення ділять на III етапи. Основним етапом є третій — дві молекули ацетил — КОА окислюється в циклі Кребсу, з утворенням 24 молекул АТФ.

3. Шляхи синтезу вуглеводів.

Поняття про глюконеогенез. Глікогенні хвороби.

Приблизно 65% глюкози поступає до органів і тканин в першу чергу до клітин ЦНС, кишок, м'язів, нирок. 35% цієї кількості затримується в печінці, з неї 30% перетворюється в жир, а 5% відкладається у вигляді глікогену.

Глікоген — депонована форма глюкози, вивільнює цю гексозу при участі глікогенфосфорілази.

Можливі шляхи перетворення:

- в м'язах, де немає глюкозо-6-фосфатази, по основному шляху (анаеробний або аеробний);

- в жировій тканині, де йдуть інтенсивні відновлювальні процеси.В печінці,

- де багато глюкозо-6-фосфатази, розщеплюється на глюкозу і фосфат;

Синтез і розпад глікогену контролюється гормонами, які через аденілциклазну систему забезпечують фосфорування глікогенсинтетази і фосфорилази. При потребі в глюкозі α-клітини островків Лангенгарсу підшлун­кової залози секретують глюкагон, котрий активує фосфорилазу. Фосфорилаза розщеплює глікоген до глюкози.

При порушенні синтезу і розщеплення глікогену виникають глікогенози. Як правило, вони носять спадковий характер.

Хвороба Тірке характеризується гіпотрофією, гіпоглікемією, гіперлакто-земіею, гіперліпеміею, гіперурикеміею. В основі захворювання - дефект печінко­вої глюкозо-6-фосфатази, що гальмує розщеплення глікогену в печінці.

Хвороба Помпе - проявляється в перший рік життя: млявість, мала прибав­ка маси тіла, цианоз, збільшений язик. Причина захворювання - дефект кислої мальтази, що є лізосомним ферментом.

4. Гормональна регуляція вуглеводного обміну

Найбільше впливають на вуглеводний обмін гормони підшлункової залози та наднирочників. Підшлункова залоза секретуе інсулін та глюкагон. Інсулін синтезується β-клітинами островків Лангергансу-Соболева підшлункової залози, має білкову природу, складається з двох поліпептидних ланцюгів, єдиний знижує рівень глюкози в крові. Гіпоглікемічний ефект дії інсуліну реалізується за рахунок активізації процесів утилізації глюкози:

- забезпечує фосфорування глюкози;

- забезпечує транспорт глюкози через клітинну мембрану в клітину;

- активує процеси внутрішньоклітинного розщеплення глюкози;

- активує фермент глікоген-синтетазу, сприяючи синтезу глікогену в печінці;

- гальмує активність ліпази, що розщеплює жири, стимулює синтез жирів з глюкози;

- гальмує глюконеогенез.

Надлишок інсуліну в крові нейтралізується інсуліназою.

Підвищують рі­вень глюкози контрінсулярні гормони.

Глюкогонвиробляється α - клітинами островків Лангергансу-Соболева підшлункової залози. Гормон білкової природи, активує фосфорилазу печінки, що гідролізує глікоген.

Гормони наднирочниківсинтезуються корковим і мозговим шарами наднирочників.

Гормони коркового шару - глюкокортикоїди (кортизол, кортикостерон) підвищують концентрацію глюкози шляхом активації глюконеогенезу.

Гормони мозкового шару - катехоламіни (адреналін, норадреналін, дофа,мін) підвищують рівень глюкози за рахунок розщеплення глікогену печінки та м'язів.

З м'язового глікогену утворюється молочна кислота, яка знову перетво­рюється в печінці в глюкозу.

5. Порушення вуглеводного обміну при цукровому діабеті

Серед захворювань, що в своїй етіології має порушення вуглеводного обмі­ну, особливе місце посідає цукровий діабет. Це зв'язано з розповсюдженням його і відносно слабо вивченою біохімічною характеристикою патогенезу. Основними біохімічними симптомами є гіперглікемія, глюкозурія, кетонемія і кетонурія.

Головною причиною даного захворювання являється зниження синтезу інсуліну в підшлунковій залозі, в результаті чого гальмується надходження глю­кози в клітини. Це приводить, з однієї сторони, до підвищення рівня глюкози в крові (розвивається гіперглікемія і глюкозурія), а з другої - до енергетичного голоду клітин. Недостатність енергії клітина компенсує активацією розпаду жирів та амінокислот.

При окисленні жирів вивільнюється невелика кількість енергії та накопичується ацетил - КОА (продукт окислення жирних кислот). При окислен­ні амінокислот виділяються великі дози аміаку, а безазотисті залишки амінокис­лот можуть стати джерелом утворення глюкози.

В нормі ацетил-КОА окислюється в циклі Кребсу з утворенням енергії. Але для його окислення необхідна щавлево-оцтова кислота, яка в основному утво­рюється в циклі Кребсу з піровиноградної кислоти - проміжного продукту роз­паду глюкози. При цукровому діабеті недостача глюкози в клітині приводить відповідно до недостачі пірувату і щавлево-оцтової кислоти. В результаті, окислення ацетил-КОА гальмується і він в великій кількості поступає в печінку, де з нього утворюються ацетонові та кетонові тіла.

Поява в крові надлишку їх (більше 30%) сприяє розвитку ацидозу. Одно­часно кетонові тіла з'являються в великій кількості в сечі (до 50 мг/добу) і роз­вивається кетонурія.

Клінічно ці здвиги проявляються сильною спрагою і виділенням великої кількості сечі, розладом дихання, серцевої діяльності, втратою свідомості (діа­бетична кома).

Лікування цукрового діабету повинно бути направлено на забезпечення ор­ганізму потрібною кількістю інсуліну. Перше досягається призначенням ліку­вальних доз інсуліну. При цьому інсулін вводять з глюкозою, яка попереджує передозування інсуліну і розвиток гіпоглікемічної коми. Другим напрямком лі­кування є включення в дієту фруктози, ксиліту, сорбітолу, обмін яких не зале­жить від інсуліну.

Серед інших причин порушення вуглеводного обміну слід назвати спад­кові хвороби, що приводять до порушення діяльності і синтезу ферментів. До них відносяться глікогенози, галактоземія і деякі інші хвороби.

6. Ензимопатіі вуглеводного обміну, ферменти вуглеводного обміну

в ензим-діагностиці

Вони об’єднують групу спадкових хвороб, в основі яких лежать порушен­ня діяльності ферментів, що каталізують розпад глікогену. Відомо, що гліко­генози і глікоген в значній кількості накопичуються в печінці і м'язах і шляхи розпаду їх різні. Так в печінці глікоген розпадається, в основному, до вільної глюкози, що поступає в кров. Проходить це під дією ферменту глюкозо-6-фосфатази, що знаходиться в печінці. В м'язах розпад глікогену йде до утворення лактату і супроводжується накопиченням енергії у виді АТФ, що необхідний для м’язового скорочення.

Другим типом глікогенозу є вроджена недостатність фосфорилази в печін­ці. В результаті цієї патології, по-перше, гальмується розпад глікогену до глю­кози, яка не поступає в кров і розвивається гіпоглікемія з її симптомами. По-друге, має місце гіперліпемія - високий вміст в крові ліпідів, що проявляється ожирінням печінки.

Недостатність фосфорилази в скелетних м'язах приводить до того, що глі­коген в них розщеплюється і при постійному синтезі накопичується.

В результаті зниження продукції АТФ відмічається м'язова слабкість, болі, судоми при фізичній роботі.

Вроджена відсутність фосфорилази і глюкозо-6-фосфотази в печінці приво­дить до недостатності вільної глюкози (гіпоглікемія), підвищеного розпаду жи­рів, накопиченню жирних кислот, холестерину і ліпопротеідів в крові. В печінці накопичується глюкозо-6-фосфат, який розпадається з утворенням лактату та пірувату. Викид їх в кров приводить до здвигу рН в кислу сторону і розвива­ється ацидоз.

7. Методи дослідження вуглеводного обміну.

Для оцінки стану вуглеводного обміну в нормі і при патології визначають концентрацію різних речовин, що приймають участь в обміні. До них відносяться моносахариди, піруват, лактат, кетонові та ацетонові тіла і різні

ферменти, що каталізують метаболізм вуглеводів.

Серед названих сполук найбільше місце має глюкоза.

Для визначення вмісту глюкози в крові рекомендовані ортотолуідиновий, глюкозооксидазний методи і метод Хагердона-Йенсена.

Для оцінки стану обміну вуглеводів, особливо секреторної здатності ост-ровків Лангергансу, що виробляють інсулін, широко використовують функціо­нальну пробу толерантості до глюкози - глюкозотолерантний тест (ГТТ). Цей тест часто називають цукровим навантаженням, або побудовою цукрових кривих. Суть цього методу полягає в тому, що у відповідь на цукрове навантаження (прийом глюкози) і надлишкове надходження глюкози в кров, посилюється синтез інсуліну, який знижує рівень глюкози в крові до норми на протязі 2-3 годин. В тому випадку, якщо гіперглікемія знижується повільно, вважають, що інсулін виробляється недостатньо і говорять про зниження толерантності до глюкози. Існують два види цукрового навантаження: однократний і двохкратний прийом глю­кози. Частіше використовують однократний з дачею глюкози у кількості 50 г на 200-250 мл води. Проба проводиться наступним чином: у обстежуваного натще беруть кров з пальця і визначають вміст глюкози, після чого дається цукрове навантаження. Потім через 30 хв. на протязі 2-3 годин визначають глюкозу в крові. У хворих панкреатитом застосовують внутрішньовенне введення.

У здорової людини на протязі першої години рівень глюкози досягає максимуму, але не перевищує нирковий поріг. Потім наступає зниження кількості глюкози в крові, яке до кінця другої години досягає відповідного рівня і навіть стає декілька нижчим. До третьої години вміст глюкози в крові відновлюється до норми.

У хворих цукровим діабетом відмічається підвищення початкового рівня глюкози і висока гіперглікемія (вище 8 ммоль/л) уже через годину після цукрового навантаження. Рівень глюкози залишається високим (вище 6 ммоль/л) на протязі всієї другої години і до кінця дослідження (через 3 години) не повертається до початкового рівня. Відмічається і глюкозурія. При повторному цукровому навантаженні, яке дається через годину і в тій же дозі, у здорової людини пік гіперглікемії повинен бути менший або взагалі відсутній.

Серед інших показників вуглеводного обміну в клінічних умовах визнача­ють лактат і ЛДГ для оцінки забезпеченості киснем, їх рівень зростає при фізич­них навантаженнях, пневмоніях, токсикозах, хворобах серця.

Контрольні питання до теми

1. Яким перетворенням піддаються вуглеводи в шлунково-кишковому тракті?

2. Виберіть правильні відповіді:

1) Перетравлення вуглеводів найбільш інтенсивно відбувається:

а) в ротовій порожнині;

б) в кишечнику;

в) в шлунку.

2) Вуглеводи в травному каналі розпадаються під дією:

а) ліпази;

б) амілази;

в) пепсину

3. Які основні шляхи розпаду глюкози в клітинах?

4. Дайте визначення поняттям "гліколіз", "глікогеноліз".

5. Які процеси відбувається при розпаді глюкози анаеробним шляхом?

6. Напишіть словами речовини, що утворюються під час анаеробного розпаду глюкози.

7. Які етапи умовно виділяються при аеробному дихотомічному розпаді глюкози?

8. Яке значення має пентозний цикл окислення глюкози?

9. Які основні фактори регулюють обмін вуглеводів?

10. Як впливає інсулін на обмін глюкози?

11. Як діють контрінсулярні гормони? Яка їх роль в підтримці нормального рівня глюкози в крові?

12. Як діють на обмін глюкози адреналін і глюкагон?

13. Який вплив глюкокортикоїдів на регуляцію рівня глюкози в крові?

14. Які гормони знижують рівень глюкози в крові:

а) адреналін;

б) інсулін;

в) глюкокортикоїди.

15. Які гормони підвищують рівень глюкози в крові:

а) глюкагон;

б) глюкокортикоїди;

в) адреналін;

г) статеві гормони.

16. Чому рівень глюкози в крові являється основним показником обміну вугле­водів в організмі?

17. Яку участь приймає печінка у вуглеводному обміні?

18. Назвіть спадкові захворювання обміну вуглеводів та вкажіть їх причини.

19. Яке діагностичне значення має проведення ТТГ?

Дата добавления: 2014-01-07